第一节 地球的自转 讲义 2026-2027学年高二上学期地理湘教版选择性必修一

本讲义系统探究地球自转的核心知识点，从自转的方向（自西向东，北逆南顺）、周期（恒星日23时56分04秒与太阳日24小时）、速度（角速度除两极外均15°/h，线速度由赤道向两极递减）构建基础认知，进而延伸至昼夜交替、地转偏向力、时差等地理意义，形成完整知识脉络。 该资料以核心素养为统领，通过傅科摆实验、昼夜交替演示、日影观测等实践活动培育地理实践力，结合航天发射基地选址分析线速度与纬度、海拔的关系深化区域认知，借助时区制度和国际日界线理解体现人地协调观。课中助力教师开展探究式教学，课后知识结构图和例题可帮助学生回顾强化，弥补知识盲点。

第一节 地球的自转 讲义 学习目标 地理学科核心素养 本节具体体现 综合思维 从方向、周期、速度三个维度建立地球自转的整体认知框架。 区域认知 结合纬度、海拔差异，分析航天发射基地选址与自转线速度的关系。 地理实践力 开展傅科摆、昼夜交替演示及日影观测等实践活动。 人地协调观 理解时区制度、国际日界线对人类生产生活的规范与意义。 一、地球的自转 （一）自转的概念与方向 地球绕其旋转轴——地轴不停地旋转，称为地球的自转。地轴的北端始终指向北极星附近，这是判断地球自转方向的重要参照。 自转方向：自西向东。从不同的观测视角看，表现形式不同： 侧视图（赤道视角）：地球自西向东旋转，箭头所指方向永远为东方。 从北极上空俯视：呈逆时针方向旋转。 从南极上空俯视：呈顺时针方向旋转。 记忆口诀：北逆南顺。 探究1　为什么照片上的恒星会呈现出圆弧形运动轨迹？ 恒星相对于地球可看作是固定不动的。由于地球自西向东自转，固定在地面上的照相机也随之转动，于是恒星在照片上看起来像是在围绕北极星做圆弧形运动（星轨）。 应用：在北半球某地长时间曝光拍摄的星轨照片中，圆弧轨迹的圆心即为北极星方向，弧线呈逆时针排布。 （二）自转周期的判定——恒星日与太阳日 地球自转一周的时间称为一日。所选参照物不同，一日的时间长度略有差别，名称也不同。 名称 参照物 自转角度 时间长度 意义 恒星日 遥远恒星 360° 23时56分04秒 地球自转的真正周期（用于科学研究） 太阳日 太阳 360°59′ 24时 昼夜交替周期（用于日常生产生活） 差异原因：地球在自转的同时还在自西向东绕日公转。以太阳为参照时，地球自转一周后还要再转约59′才能再次正对太阳，所以太阳日比恒星日长约3分56秒。 （三）自转的实证——傅科摆 1851年，法国物理学家傅科在巴黎先贤祠大厅做了著名的傅科摆实验： 用一根长67米的细钢丝绳作为摆线，上端悬挂在大厅穹顶，下端吊一个重28千克的金属球作为摆锤。 摆锤下方嵌一枚尖针，地面放置沙盘。摆锤往复摆动时，尖针在沙盘上画出一道道痕迹。 由于地面（沙盘）随地球自转而缓缓移动，摆锤每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并慢慢发生旋转。 傅科的演示生动地证明了：地球绕地轴在不停地旋转。这也是地球自转最直接的地面实验证据之一。 图傅科摆（巴黎先贤祠），摆动平面的偏转证明地球自转 阅读　傅科摆偏转的周期规律 摆面旋转的角速度与所在地纬度有关：纬度越高，旋转越快。 在两极地区，摆面每恒星日旋转一周（360°）；在赤道上，摆面不旋转。 纬度φ处的旋转周期 T = 23时56分04秒 ÷ sinφ，即旋转角速度 = 15°/h × sinφ。 （四）自转的速度 1. 角速度 概念：地球表面某点随地球自转在单位时间内转过的角度。 大小：除南北两极点为0外，其余各地角速度都相等，约为15°/h（即1°/4分钟）。 2. 线速度 概念：地球表面某点随地球自转在单位时间内转过的弧长。 大小：赤道最大，约为1670千米/时；由赤道向两极递减，两极为0。 南北纬60°处的线速度约为赤道的一半（837千米/时）。 计算公式：vφ = 1670 × cosφ（千米/时），其中φ为该点的地理纬度。 纬度 0°（赤道） 30° 45° 60° 90°（极点） 线速度（千米/时） 约1670 约1443 约1180 约837 0 角速度（°/时） 15 15 15 15 0 表1-1　不同纬度地球自转的角速度与线速度（赤道半径取6371千米） 3. 影响线速度的因素 影响因素 影响关系 应用 纬度 纬度越低，线速度越大（负相关） 航天发射基地多选在低纬度地区 海拔 海拔越高，线速度越大（正相关） 同纬度地区，高地线速度大于低地 探究2　火箭残骸为何坠落在发射点以东？ 由于地球自西向东旋转，火箭随地球一起向东自转，本身具有一个向东的初速度。 发射后火箭速度很大，其角速度、线速度均大于地球自转的速度，因而火箭及其残骸会落在发射点以东。 推论：从提高火箭残骸坠落的安全性考虑，发射场东侧应有开阔海域或人烟稀少的区域，便于安全管控。 探究3　航天发射基地的区位条件 纬度条件：纬度低，自转线速度大，航天器初始速度大，节省燃料、降低成本。 气象条件：晴天多、阴雨天少、风速小、湿度低，有利于发射与跟踪测控。 地势条件：相同纬度下海拔越高，线速度越大；地形平坦开阔，便于跟踪观测。 海陆与交通：内陆场区气象条件好、人烟稀少、安全性强；沿海地区海运便利，便于大宗物资运输。 安全条件：考虑国防安全，部分场区建在山区、沙漠或地广人稀处。 拓展思考　地球自转速度在怎样变化？ 根据对珊瑚化石生长纹的研究，在距今3.7亿年前，一年约有400天。 思考：这说明地球自转速度在逐渐变慢。可能原因——天体之间的引力作用使地球物质相互摩擦，产生与自转方向相反的阻力，从而使地球自转速度减慢。 二、地球自转的地理意义 （一）导致昼夜交替现象 1. 成因 ①地球是一个既不发光、也不透明的球体——太阳在同一时刻只能照亮地球表面的一半，向着太阳的半球为白昼，背着太阳的半球为黑夜。这是昼夜现象产生的根本原因。 ②地球不停地自转——使昼半球与夜半球不断交替，形成昼夜交替。若地球停止自转，昼夜交替依然存在，其周期将变为一年。 2. 晨昏线（圈） 概念：昼半球与夜半球的分界线，称为晨昏线（圈）。晨昏线把所经过的纬线分割为昼弧和夜弧。 晨线：顺着地球自转方向（自西向东），由夜进入昼的过渡线，晨线上正值日出。 昏线：顺着地球自转方向，由昼进入夜的过渡线，昏线上正值日落。 判断口诀：顺自转方向，夜进昼为晨，昼进夜为昏。 图 昼半球与夜半球及晨昏线（圈）分布示意 3. 用太阳高度表示昼夜状况 区域 昼半球 夜半球 晨昏线上 太阳高度 大于0° 小于0° 等于0° 4. 周期与意义 周期：一个太阳日，即24小时。 意义：昼夜交替周期长短适宜，使地面白昼不过于炎热、黑夜不过于寒冷，有利于有机体的生存与发展；生物由此形成昼夜节律（又称“生物钟”）。 活动　动手演示昼夜交替现象 器材：一盏台灯（代表太阳）、一个地球仪、不透光窗帘的房间（夜间更佳）。 步骤：①将台灯置于桌面中央，地球仪放在离台灯约1米处；②关闭门窗、拉上窗帘、熄灭灯光，打开台灯，观察地球仪的昼半球、夜半球和晨昏线；③在地球仪上标注所在地，自西向东匀速转动地球仪（约每5秒旋转1周），观察所在地何时被照亮、何时变暗。 思考：每5秒旋转1周代表1日，则“昼夜交替”现象是如何产生的？顺自转方向分别演示所在地处于晨线和昏线上的情形。 （二）物体水平运动方向发生偏转 1. 原因 受地球自转的影响，沿地表做水平运动的物体，无论朝哪个方向运动，都会偏离其初始的运动方向。促使物体水平运动方向发生偏转的力，称为地转偏向力。 阅读　地转偏向力（科里奥利力） 地转偏向力由法国工程师和数学家科里奥利（1792—1843）首次确定，故又称科里奥利力，简称科氏力。 它并不是一个“真实”的力，而是一种惯性力，只作用于水平运动的物体，始终垂直于物体的水平运动方向。 它只能改变物体运动的方向，而不能改变其速率；其大小随纬度增高和物体水平运动速度增大而加大，在赤道上为0。 2. 偏转规律 所在半球 偏转方向 记忆方法 北半球 向其运动方向的右侧偏转 右手定则：掌心向上，四指指运动方向，拇指指向即偏转方向 南半球 向其运动方向的左侧偏转 左手定则：掌心向上，四指指运动方向，拇指指向即偏转方向 赤道 不发生偏转 地转偏向力为0 3. 影响 河流：北半球河流对右岸冲刷更强烈，常使大河右岸相对陡峻、左岸相对平缓。 交通：高速列车正常运行时，右侧轨道受到的压力比左侧轨道更大。 大气与海洋：气流、洋流的流向也会因地转偏向力的作用而发生偏转。 拓展　地转偏向力在生产生活中的应用 河流沿岸选址：北半球河流右岸冲刷强、左岸淤积，故港口、防洪堤坝一般建于右岸，聚落、挖沙场宜选在左岸。 工程与安全：铁路、高速公路弯道外侧的磨损与设计需考虑偏向力的影响。 （三）产生时差 1. 地方时 成因：地球自西向东自转，在同一纬度地区，相对而言东边的地点比西边的地点先看到日出，时刻更早。因经度不同而不同的时刻，称为地方时。 经度相同，地方时相同。 经度每隔15°，地方时相差1小时。 经度每隔1°，地方时相差4分钟。 东边的地点比西边的地点时刻要早（“东早西晚”）。 计算原则：所求地地方时 = 已知地地方时 ± 两地经度差 × 4分钟/1°，遵循“东加西减”。 思考：为什么乌鲁木齐的人们早上上班时间比北京要晚大约两个小时？（提示：乌鲁木齐约位于87°E，比北京120°E偏西约33°，地方时约晚2小时12分。） 2. 时区与区时 时区划分：国际上规定将全球划分为24个时区，每个时区跨15个经度。 以本初子午线（0°经线）为基准，从7.5°W到7.5°E划分为中时区（零时区）。 在中时区以东，经度每隔15°划分为一个时区，依次为东一区至东十一区。 在中时区以西，经度每隔15°划分为一个时区，依次为西一区至西十一区。 东十二区和西十二区各跨经度7.5°，合为一个时区，称为东西十二区。 区时：各时区都以本时区中央经线的地方时作为本区的统一时间，这叫作区时，又称标准时。 同一时区的各地，采用相同的区时。 相邻时区的区时相差1小时。 在同一日期内，东早西迟。 项目 说明 时区数求法 某地所在时区 = 该地经度 ÷ 15°（余数＜7.5°则舍去，＞7.5°则商加1） 中央经线 某时区中央经线度数 = 时区数 × 15° 时区范围 中央经线度数 ± 7.5° 北京时间 北京所在的东八区区时，即120°E的地方时（不是北京116°E的地方时） 国际标准时（世界时） 0°经线的地方时，即中时区的区时 图　世界时区分布及国际日界线示意 3. 区时的换算步骤 ①求时区差：两地同为东时区或同为西时区，时区数相减；一为东时区、一为西时区，时区数相加。 ②求时差：时差 = 时区差 × 1小时。 ③定值：所求地位于已知地的东边用“+”（加），位于西边用“−”（减），即“东加西减”。 ④结果处理：若求出时间＞24时，则减去24时、日期加一天；若为负值，则加上24时、日期减一天。 例题　区时换算 题目：当东八区为6月9日20时时，求35°W的地方时。 解析：已知点为120°E（东八区中央经线），所求点为35°W。两地经度差 = 120°+35°=155°，时间差 = 155×4 = 620分钟 = 10小时20分钟。 35°W位于120°E以西，取“−”：35°W地方时 = 6月9日20时 − 10小时20分钟 = 6月9日9时40分。 4. 日期与国际日界线 地球上存在两条日期分界线：一条是人为规定的国际日界线，另一条是自然界线——地方时为24时（或0时）的经线。 国际日界线：一条大体沿180°经线穿行的折线。 作用：消除因地球是球形而导致的日期换算不同结果；同时为照顾180°经线附近同一地区和岛屿的地方日期相同，故在部分地方改为折线。 变更规则：自西向东跨越国际日界线，日期要减去一天；自东向西跨越国际日界线，日期要加上一天。 穿越方向 经线变化 日期变化 自西向东（由东十二区进入西十二区） 越过180°经线 日期减一天 自东向西（由西十二区进入东十二区） 越过180°经线 日期加一天 活动　全球日期范围判断 当北京时间（120°E地方时）为20时时，180°经线的地方时为24时（或0时），此时刻全球处于同一天。 规律：180°经线为0时时，全世界同属“今天”；0时经线位于东经度范围时，地球上新的一天少于一半；0时经线位于西经度范围时，地球上新的一天多于一半。 注意：180°经线与国际日界线并不完全重合，实际计算时应以国际日界线的折线位置为准。 （四）实践活动：用日影观测粗略测定当地经度 原理：在晴朗的白天，于空旷地面垂直竖立一根杆，以杆底为圆心画圆。上午杆影影端A点与下午杆影影端B点都落在圆周上，说明这两个时刻的太阳高度相等。连接A、B两点，其中点C与圆心所在直线的方向，即为当地地方时12时的杆影方向。 ①记下杆影中点C对应的北京时间。 ②由北京时间与该地地方时12时之差，换算经度差（1小时对应15°，4分钟对应1°）。 ③若北京时间早于12时，说明当地在北京（120°E）以西；反之在以东，从而推算当地经度。 注意：北回归线以北地区该活动无时间限制；赤道与北回归线之间的地区，最好在秋分日至春分日的时段内开展。所测量的数据还可供后续活动使用。 本节知识结构图 维度 核心要点 自转特征 方向：自西向东（北逆南顺）；真正周期：恒星日23时56分04秒；昼夜周期：太阳日24时 自转速度 角速度除两极点为0外均约15°/h；线速度由赤道向两极递减，v=1670×cosφ km/h 昼夜交替 成因：地球不发光不透明＋不停自转；晨昏线顺自转方向“夜进昼为晨、昼进夜为昏” 地转偏向力 北半球右偏、南半球左偏、赤道不偏；只改变方向、不改变速率 时差 地方时：经度每隔15°差1小时、1°差4分钟；区时：各时区中央经线的地方时 日期变更 国际日界线大体沿180°经线，向西跨越加一天、向东跨越减一天 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $